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led驱动电路范文1
中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
LED具有低功耗、无污染的特点，是节约型的绿色光源，是照明领域的发展趋势[1]。LED驱动电路是介于电网电压与LED之间的电源适配器，需满足高可靠性、高效率、高功率因数等特点，还需要对LED起一定的保护作用[2]。因此，为充分发挥LED的优势，需配备相应的恒压恒流驱动电路。本文设计了一种性价比高的新型LED驱动电路，该电路采用光耦与电压跌落补偿电路保证恒压恒流特性。此电路还具有电压可调的特点，可驱动工作电流在20～40 mA的发光二极管。
1 电路结构与原理
本文设计的电路主要由滤波电路、调压电路、光耦恒流电路三个部分组成。输入电压为220 V电网电压，输出为恒定电压电流，此电路适用于普通LED灯具。LED驱动电路如图1所示。
图1 LED驱动电路图
其中，第一部分为滤波电路，用于抑制电网谐波与干扰，由C1～C6与TR1组成双向EMI滤波电路；第二部分为调压电路，通过选择合适的L1和TR2参数，满足使用需求；第三部分为恒流控制电路，输出与所驱动LED相接。图1中，BR1为桥式整流电路，用于检测整流效果，衔接调压电路。下面详述三个主要电路。
1.1 滤波电路设计
滤波器由C1～C6与TR1组成双向电磁干扰（EMI）滤波器。其中，TR1为共模电感，选择磁导率高、高频性能好的共模电感可以有效抑制共模噪声；C1，C2，C5，C6为共模电容，用于抑制高频共模干扰信号；C3，C4为差模电容，用于抑制电网中的差模噪声[3]。此滤波电路不仅能够抑制电网存在的外部电磁干扰，还能避免驱动电路向外部发出噪声干扰。
EMI滤波参数选择：共模电感选择要求磁导率高，高频性能好。电感大小视额定电流选择。共模电容取值范围为2000～6 400 pF，差模电容取值范围为0.1～1μF。本文的参数设计为，共模电感5 mH/100 Mhz，共模电容3 000 pF，差模电容取值1μF。
1.2 调压电路设计
本文设计的调压电路为阻感性负载的交流调压电路[4]，等效电路如图2。其中L为电感L1，C为C7，C9，C10等效电容，R为剩余所有元件等效电阻，要求 。
图2 调压电路等效电路图
由等效电路知调压负载电流应满足：
其中，uC为电解电容最大储能值。
解得：
其中：ω0为初始频率，ω为输出频率，，β为输出电压滞后输入电压角度。
在本电路中，等效电路L1=1 500 mH时，经调压电路输出的电压幅值为55 V，输出频率为100 Hz。输出电压接近正弦波，在幅值附近近似线性。
1.3 恒压恒流电路
在恒压恒流恒流电路中，D1，D4，R4，R10，R22组成电压控制电路，Q1，R4与R5组成电压跌落补偿控制电路，R6，R7与U1组成恒流控制电路。L11与C14使驱动电路与负载电路隔离开来，避免相互影响[5]。
恒压工作原理：电路正常工作时，输入电压经D2，R3，R5，R4为Q1提供基极偏执电流，输出电压为R5压降与稳压管D4之和。当电压发生跌落情况，负载电流通过R3，由此在R3上产生的压降使D1导通，经过R22，为Q1提供基极偏置电流，使得负载电流增加，输出电压增加，补偿电压跌落直至电路正常工作，由此保证电路输出电压恒定。
恒流工作原理：恒流电路可以根据需求预先设定恒流电流大小。当U1引脚1上输出电流没有达到恒流设定点，R7压降很低，接近于地，此时光耦不发挥作用，为电流输出。当U1引脚1上输出电流到达设定点，集电极端R7上压降增大，此电压经过电阻R6转换为电流又增加到引脚1端，使输出电流趋于稳定，稳定电流与设定恒流电流相等。
2 调压电路仿真测试
在电压输出端接3盏LED，串联电阻为1 kΩ。将调压电路输出端接示波器信号A，将恒压恒流电路输出端接示波器B，示波器上得到波形如图3（其中黑色为信号A，红色为信号B），调整电感L1，得到调压电路测试数据如表1。 由表1可知，电感L1在500～2 000 mH之间变化时，驱动电路输出电压在55.5～20.5 V内连续可调。
3 恒压恒流电路仿真测试
在测试中电感L1固定不变（本文L1=1 000 mH），即调压电压输出端不变，电流输出端串联1盏LED，将恒流恒压电路输出端接示波器信号A，在电流输出端接电流探针。调整电源电压在±10%内波动，得到恒流恒压电路测试数据如表2。由表2可以看出，输入电压在±10%内波动时，输出电流波动不超过5%，输出电压波动不超过9%，满足LED驱动电路设计要求。
图3 LED驱动电路输出波形图
表1 调压电路测试数电感L（mH） 调压电路输出
电压最大值（V） 调压电路输出
电压最小值（V） 驱动电路
电压输出（V）
500 150 -200 55.57
800 100 -132 39.85
1 300 65 -80 27.76
1 500 54 -75 25.04
2 000 45 -53 20.54
表2 恒流恒压电路测试数据
输入电压值（V） 驱动电路输出电流（mA） 输出
电流波动 驱动电路输出电压（V） 输出
电压波动
237.6 22.94 0.79% 35.96 6.08%
227.7 22.87 0.48% 34.84 2.78%
220 22.76 0 33.9 0
212.3 22.50 -1.14% 33.1 -2.36%
205.7 22.36 -1.76% 32.35 -4.57%
198 21.98 -3.43% 31.35 -7.52%
4 结 语
本文设计了一种新型LED驱动电路，此电路不仅具有较好的恒流恒压特性，还具有输出电压可调的特点，且输出电压与输出电流端都与驱动电路相互隔离，避免驱动电路和LED负载电路相互影响。测试结果表明，在电网电压波动±10%内，输出电压与电流波动在4%和8%之间，电感在500～2000 mH范围内变化时，相应输出电压变化范围为20.5～55.5 V之间，满足LED驱动电路的使用要求。
参考文献
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[3]裘乔安，余万能，褚建新.通用变频器输出滤波电路设计[J].上海海事大学学报，2007（4）：45-49.
led驱动电路范文2
尽管白光LED优点很多，但LED驱动电路的设计却面临着重大挑战。空间限制的要求和散热的要求都对设计有所限制。最后，设计师们还必须认真考虑EMI要求对其设计的影响。
在低功率(≤3W)照明应用中，设计师部使用了现成的非隔离式、基于电感的降压式和升降式开关模式电源。本文将对这两种拓扑结构进行比较，论述各自的优缺点。
两种拓扑结构
为配置为基本降压式转换器和基本升降压式转换器的LinkSwitch-TN器件。通过在单片IC上集成一个功率MOSFET，振荡器、简单的开／关控制、一个高压开关电流源、频率抖动、逐周期电流限流及热关断电路，可以简化转换器阶段的设计复杂度并减少元件数。LinkSwitch-TN器件可通过漏极引脚实现自供电，无需使用偏置电源及相关电路。它极具成本效益，可用来替代输出电流小于或等于360mA的线性和电容降压式非隔离电源，因此能够提供出色的输入电压调整率和负载调整率。与无源元件电源方案相比，它的效率更高，而功率因子则比电容降压式方案高。
降压式转换器具有诸多优点。首先，它可以最大化所选LinkSwitch-TN器件的可用输出功率以及电感值。同时还可以降低电源开关和续流二极管的电压应力。此外，流经输出电感的平均电流要略低于同类升降压式转换器中的平均电流。
升降压式转换器与降压式转换器相比，其配置具有一大优点，即输出二极管与负载串联。在降压式转换器中，如果MOSFET发生短路故障，输入将直接与输出相连。而在升降压式转换器中发生此类情况时，反向偏压输出二极管则会阻断输入和输出之间的通路。
在这两种转换器中，AC输入经D1、D2、C1、C2、RF1和RF2整流滤波。两个二极管可以增强输入电涌承受能力和传导EMI性能。设计师应该使用可熔阻燃电阻作为RFI，但可以使用只具阻燃功能的电阻作为RF2。IAnkswitch-TN器件中的开／关控制用于调节输出电流。一旦进入反馈(FB)引脚的电流超过49μA，MOSFET开关将被禁用，以便进入下一开关周期。
降低热量
设计LED驱动电路所面临的主要挑战是散热问题。即使采用比白炽灯技术效率更高的技术，3W的电路也将会达到可危及器件完整性的温度级别。而且，将驱动电子器件集成到具有严格限制的标准GU10灯座中时也会遇到严峻的散热挑战。设计者解决该问题的唯一途径便是将热量传导至灯泡的旋入式灯座上。LinkSwitchTN器件中添加有一热关断电路，在结温度超过142℃时可禁用功率MOSFET，从而防止LED遭受潜在的损坏。一旦结温度下降75℃，MOSFET将自动重新开启。
与降压拓扑结构相比，升降压拓扑结构的效率要略低一些，这是因为功率不会在MOSFET开关每次打开时都传输到输出端。因此，它产生的热量比降压拓扑结构多。不过差别不太明显。
为确保电路拓扑结构符合热调节要求，设计师将电源组件安装到灯座中，然后测量LNK306DN源极引脚的温度。在理想情况下，源极引脚的温度不应超出100℃。在25℃的室内环境温度下测量的结果表明，V10值上升到265VAC时，源极引脚温度将超过100℃。鉴于这些结果，设计师断定可能对某些额外的散热器有热限制方面的要求，比如将LED散热片放下UI SO-8C封装顶端。
控制EMI
LED驱动电子器件电路必须符合严格的EN55022B/CISPR22B传导EMI要求。鉴于开关IC的高开关频率和GUIO灯座有限的尺寸大小，这些要求给灯泡设计师又带来了重大挑战。在升降压电路拓扑结构中，EMI噪声电流环路~MOSFET流向输出二极管、输出电容，然后返回输入电容；而在降压电路配置中，该电流环路从MOSFET流向续流二极管，然后返回输入电容，因此较前者中的环路短。因此，上述情况导致在升降压设计中略微降低噪声要更困难。
为了符合行业EMI规范，工程师决定将驱动电子器件分成两个电路板：位于顶部的转换器电路板与位于底部的输入整流／EMI滤波器电路板。然后他们在两个电路板之间放置法拉第屏蔽。电气连接到转换器电路板的屏蔽含有一个单面铜铂区域PCB，后者的构造尺寸与底部输入整流／EMl滤波器电路板相同。使用本设计驱动3个LED，其测试结果显示，传导EMI在输入电压为230VAC的最差情况下约为7dBμV，低于行业EMI要求。
led驱动电路范文3
关键词:背光源;发光二极管;动态;降低功耗;驱动电路
中图分类号:TN141.9 文献标识码:A
The Matrix LED Dynamic Backlight and Drive Circuit's Design
ZHENG Xiao-bin, YAO Jian-min, LIN Zhi-xian, XU Sheng, LI Yuan-kui, RUAN Kai-ming, GUO Tai-liang
(College of Physics and Information Engineering Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350002, China)
Abstract: Because of its non-luminous, the liquid crystal needs backlight. At present majority use the Cold Cathode Fluorescent Lamp(CCFL) as backlight. But the brightness is not easy to be controlled and response slow and so on disadvantages of CCFL, it results the energy wasted and motion blur of the liquid crystal display. This study introduced a structure of direct dynamic backlights based on LEDs, in which the light emission of every LED was restricted to a smaller area on the diffuser film and every LED was only responsible to illuminate one part of LCD. Designed the drive circuit of dynamic backlight, the LED backlight achieves the corresponding brightness by the analysis to the demonstration picture to obtain the parts of different best brightness and using the way of dynamic controlling the brightness. Using Matlab software simulation LED backlight, results show that the dynamic backlight can effectively reduce power consumption and improve image contrast.
Keywords:backlight; LED; dynamic; reduce the power consumption; drive circuit
引 言
液晶显示(liquid crystal display,LCD)已在众多领域迅速取代了传统阴极射线管(cathode ray tube, CRT) 显示技术[1],使LCD显示器成为了家电市场的主导产品。由于液晶本身不发光,需要通过背光照明,因此目前大多数产品采用阴极射线荧光灯(CCFL)作为背光源。但因CCFL的亮度不容易控制,而液晶电视是采用调节LCD的控制电压,改变液晶的透过率来实现对LCD总体亮度的控制,这种方式在很多情况下造成了背光模组的光能和电能的浪费。另一方面,随着世界各国对环保的重视以及RoHS法规的实施,近年来LCD厂商正积极地寻求冷阴极荧光灯的替代方案。
过去数年,LED已得到广泛应用,其中成长最快的应用领域是LCD的背光应用。且数年间LED已在小尺寸显示屏的背光应用领域得到普及,已取代了CCFL,而在中大尺寸的应用中,LED取代CCFL也正成为趋势[2]。LED背光已开始迈入需要更高性能和更长工作时间的中大尺寸显示屏背光的应用中。采用以色彩还原好、省电、寿命长为优点的LED背光源,是高端液晶电视的趋势。文中所做项目攻克了背光源模块过厚、传统LCD背光散热量大、工作时间过长和高温下亮度和色彩易漂移的技术难题,使其色域范围超过 110% NTSC[3]。
1 点阵式LED动态背光源
LED(light emitting diode)即发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件,它可以直接把电转化为光。同时LED是一种电流型器件,即它的工作状态是以通过它的电流为标准的,其工作电流在20mA左右,管压降在1.8～4V。一般在20mA工作电流时,LED能发挥最大的光电效率,超过这一电流值,虽然其亮度还能增加,但二极管的功耗和发热激增,寿命会大大缩短。为了将LED的工作电流控制在20mA,过去大都采用串联电阻的方法――限流电阻法,而现在一般采用集成电路恒流源。
点阵式LED背光,就是LED均匀地分布在整个背光面上,各个LED所照射出的光均匀地投射在整个背光膜上。点阵式LED如图1所示。我们知道,单独控制液晶的每一个像素点的点亮是难以实现的,但是可以通过尽量细分对液晶的照明区域,使单个LED 只负责为液晶的部分区域提供背光照明,这样就可以最大程度地提高LCD的显示质量。
采用亮度动态控制的方式可以很方便地通过调节LCD背光源电源电压或输入电流的大小,从而改变LCD的发光强度,可使电视在LCD较低能耗条件下工作。亮度动态控制就是通过对显示的画面进行分析,得到不同区域的最佳亮度的同时控制LCD背光达到相应的亮度。采用动态背光源能有效地改善目前LCD所存在的两大问题:动态模糊(motion blur)和对比度低。
整体背光的亮度随着影像内容个别进行亮度调变,动态背光模块驱动模式所展现的并不是恒定亮度均匀光源,而是提供一个类似影像内容调变的动态的背光源,此模式可有效解决暗室漏光问题,大幅提升影像动态对比度[4]。由于主动式动态背光模块驱动模式所展现的并不是恒定亮度均匀光源,而是提供一个类似影像内的主动式动态背光源,因此功耗大小随不同影像内容有所差异。因此动态LED背光模块的平均功耗将会比传统 CCFL 背光模块低,达到省电节能的功效,同时也可有效降低 LED 热源的产生,解决一般 LED 背光源模块所面临的问题。因此,可使LED将不再需要额外的风扇及特殊散热结构,即可有效降低整体材料及制造加工成本,同时由于 LED 低功耗将可进一步提高LED产品寿命与可靠度。同时借由动态驱动电路设计,可进一步提升影像的画面质量,消除普通液晶显示在显示快速移动物体时出现的拖影现象。
2 驱动电路设计
LED动态背光原理框图如图2所示。视频源信号是由计算机DVI显卡接口输出的分辨率为1024×768、刷新率为60Hz的视频信号。视频接收单元的解码芯片采用Silicon Image公司的SiI161芯片,其解码输出24bits的RGB像素数据。控制模块的作用是由FPGA接收、缓存及处理数据,并驱动VGA转换电路和LED背光源驱动电路。数据缓存采用数据乒乓存储机制,将RGB三色数据存储在数据缓存单元中的两部分SRAM中。FPGA将处理后的数据送到VGA转换电路模块,驱动LCD显示屏。同时,FPGA通过对灰度数据的采样与计算,传递给LED背光源驱动电路所需要的数据和控制信号。LED背光源的驱动电路主要包括集成灰度调制电路和行后级放大单元电路。
2.1 集成灰度调制电路
LED灰度级显示的方法目前有很多,包括幅值法、空间法、时分法,其中较为常见的是PWM法(脉宽调制法),也叫占空比法。这种方法是在扫描脉冲对应时间内,从数据脉宽中划出的一个灰度调制脉冲[5]。数据脉冲的宽度可以划分为多个等级,不同的宽度等级代表不同的灰度信息,从而可以使被选通的像素实现不同的灰度等级。PWM方式根据数据大小的不同,在一个周期内输出灰度调制脉冲的占空比将产生相应的变化。以8位数据为例,如图3所示,输出的脉宽信号与数值大小成比例关系。当数据最大时(脉冲1,11111111),脉冲高电平占满整个周期,达到全占空比;当数据为最大数据的一半时(脉冲2,10000000),则脉冲高电平占整个周期的一半,以次类推,当数据为0时,则整个周期内脉冲为低电平。这种灰度调制方法可以很容易地通过数字电路控制将灰度数据信息携带在列信号脉冲上,是平板显示器中常用的灰度实现方案,尤其是电流型器件,如LED、OLED、FED的驱动电路中均有采用[6]。
本系统集成灰度调制采用PWM灰度调制芯片BHL2000。BHL2000专用集成电路芯片是由北京北方华虹微系统有限公司开发的具有自主知识产权的超大规模集成电路,广泛应用在LED大屏幕和其它类型的显示屏系统上。它采用双端口SRAM技术,解决了其它芯片数据传输会占用可贵的显示时间的突出问题,保证了图像的亮度和灰度[7]。BHL2000采用PWM调制方式,主要由译码器、比较器、SRAM、计数器等部分构成,其内部结构框图如图4所示。
BHL2000芯片内部采用双端口SRAM技术,数据的写入和读出操作分别由不同的时钟和地址控制,因此数据的写入和读出互不影响。在写入时钟WR驱动下,数据从DIN0~DIN7输入,在内部移位寄存器中串行移位16次后,由级联口SHIFT0~ SHIFT7移出。行、场控制信号HS、YS则确定数据在存储器中的存储位置,最多可以存8×16×32个字节。输出行、场控制信号HCLK、CLR确定取数位置,在读出时钟CLK控制下进行灰度调制,输出脉宽信号O0~O15。BHL2000的16路漏级输出接上拉电阻可产生最大80mA的驱动电流[8],同时串有8路级联信号到下一个芯片。本系统中为了点亮一个48×32的LED点阵,需要三片BHL2000级联。
2.2 行后级驱动单元
行后级驱动单元实现的是行扫描功能。利用FPGA送给行后级驱动单元的32路行信号可实现对LED背光的逐行扫描和隔行扫描。
本系统采用48×32点阵LED作为背光源,因此每显示一行需要的电流是比较大的,假如每颗高亮度LED灯的额定电流是25mA,则驱动一行所需要的电流是25×48=1.2A,一般的驱动放大芯片无法满足要求。因此,需要采用有较大驱动能力的MOS管,在本系统中使用的是STM4953。STM4953是双P沟道增强型场效应管,输出电流可达4.5A,完全可以满足系统的要求。
其内部有两个CMOS管,1、3脚为VCC,2、4脚为控制脚,2脚控制7、8脚的输出,4脚控制5、6脚的输出,只有当2、4脚为“0”时,7、8、5、6脚才会输出,否则输出为高阻状态。
3 系统仿真
本系统采用FPGA对整个系统控制。FPGA控制模块是整个系统的时序产生控制电路部分,它通过产生相应的控制信号,分别对数据缓存及处理单元、集成灰度调制驱动单元、行后级集成驱动单元进行控制。FPGA控制电路产生SRAM的控制信号和相应的地址信号来实现对数据缓存单元的控制,同时 FPGA控制电路对集成灰度调制驱动单元的控制,是通过产生BHL2000的灰度调制控制信号来实现。而 FPGA控制电路对行后级集成驱动单元的控制,是通过产生1/32的行脉冲信号并送到STM4953来实现。图5是 FPGA产生的控制信号的总体流程图。
根据系统输入、输出信号的要求,本设计采用Cyclone公司的EP1C6 为目标芯片,以quartus为开发工具,Verilog语言为开发语言,进行FPGA设计。本设计对集成灰度调制和行后级采用模块化设计,如图6所示。BHL2000模块的功能是送给BHL2000芯片所需的控制信号wr、hs、vs、hclk、clk、clr及8位串行灰度信号。row模块的功能是向行选驱动模块提供32位并行的行信号 row[31..0]。
4 实验结果
为了验证点阵式动态背光源的效果,本设计采用Matlab进行模拟图像所需的背光源,试验中选用了2幅1024×768像素的8bit灰度图像。如图7所示为仿真试验结果图。测试图像自左至右依次为测试图1、测试图2;图(a)为原始图像;图(b)为LED背光仿真图;图(c)为基于LED影像背光的试验结果图。
由试验结果可以看到,当原始图像的像素灰度数值越小时(如测试图2与测试图1比较时),背光亮度可降低的幅度越大,因此能更有效地降低背光源的功耗;仿真结果图像(c)与原始测试图像(a)相比,整体亮度会有所降低,不影响图像的显示质量,但基于动态背光源所显示的图像比恒定的背光源能更有效地降低功耗,另外图像的对比度也有一定的提高。
5 结 论
本文提出了一种基于点阵式LED的动态背光源结构,将单个LED发出的光投射区域限制在散光膜的单一区域,即每个LED只负责液晶部分区域的背光照明。并设计了动态背光源的驱动电路,通过对显示的画面进行分析,采用亮度动态控制的方式可以得到不同区域的最佳亮度,同时驱动LED背光达到相应的亮度。本文利用Matlab软件仿真LED背光源,结果表明采用动态背光源能有效地降低功耗,提高图像对比度。
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led驱动电路范文4
关键词：LED背光源；Boost拓扑；MCU控制；保护电路；恒流电路；2D＼3D调光电路。
中图分类号：TN312+.8 文献标识码：B
引 言
LED作为液晶电视的背光源在中大尺寸3D电视上的应用越来越广泛，图像在液晶面板上的显示是有顺序的，在3D显示中背光与液晶图像的同步会呈现出更好的显示效果。
本文基于Boost及MCU控制，设计一种具有扫描3D功能的侧导光LED背光源驱动电路，实现了一路Boost为LED提供驱动电压和MCU控制多路LED通断的架构，不但降低了系统成本， 而且不依赖专业芯片，不同路数的LED可以用同一个拓扑驱动，通用性强。
1 系统的构成
扫描式3D电视背光源驱动电路系统的结构如图1所示。电源板提供一个直流电源进入Boost电路做LED的驱动；MCU为整个系统的控制中心，负责信号的处理；反馈保护采样电路采样LED的低压端电压并将信号反馈给MCU；恒流及调光模块接收MCU的控制信号直接作用于LED的低压端。图1中LED的串数及每串的颗数都可调整，只要调整Boost电路的参数及选择相应IO口数目的MCU即可。下面介绍一下系统各模块工作原理及系统实现过程。
1.1 Boost电路的设计
Boost电路详图如图2所示。Boost做LED灯条恒流时的电压自适应，用简单的Boost芯片搭建即可。其中对输出做一个精度不高的反馈，后续LED灯条正端的电压细调通过MCU检测灯条负端来做反馈，电压的调整则通过Boost芯片Driver的调节占空比来实现的。本Boost芯片的CS脚具有过流保护功能。
1.2 MCU控制器
本设计针对8路LED控制，MCU选择28引脚闪存单片机：单片机时钟频率16MHz、A/D口11个、I/O口25个、定时器2个。整个系统的控制流程如图3所示：MCU实时抓取前段3D控制控制信号，当3D控制信号为高时，进入3D状态，通过检测场同步的上升沿和下降沿来触发背光第一串灯条的打开，灯条的打开时间及灯条之间打开的时间间隔用两个定时器作为中断触发条件，这样就可以用扫描的方式分时打开背光，完成背光与图像的同步；当主板的3D信号为低时，进入2D模式，根据PWM信号对背光进行同步调节。在2D或3D模式下MCU对灯条低压端进行实时监测，如果触发保护，则电路被关闭。
1.3 恒流及2D/3D调光电路
LED恒流电路如图5所示。检测电阻R7上的电压，获取2D与3D两种状态下的电流采样参考电平：R3上的电压较高时为3D状态，较低时为2D状态。运放的输入端具有虚短的特点，R2上的电平随即被设定，即R2所允许流过的电流被限定，从而LED的电流设定。当LED电流增大时，R2上的电压变大，反相输入端的电平高于同相输入端的电平，运放输出低电平，三极管V1的基极电平降低，V1的CE电流减小，从而减小了LED的电流。当LED电流减小时，R2上的电压变小，反相输入端的电平低于同相输入端的电平，运放输出高电平，三极管V1的基极电平升高，CE电流增大，从而增大LED的电流。如此循环，在动态过程中实现LED电流的恒定。在此过程中无需芯片的控制，电路自动反馈调整电流，实现电流恒定。
2D/3D调光电路如图4、5所示，VREF为MCU 供电电压VDD。在2D时，2D/3D IN信号为低电平，MCU芯片做出判断产生高阻态或低电平两种状态。当PWMIN为高时，MCU的PWM1 3D脚输出高阻态，此时VREF经过串联电阻R4、R6、R7到地，在R7上产生分压压降，LED恒流模块中的运放同相输入端获取R7上的电压作为LED恒流的参考电平，LED恒流模块打开LED；当PWMIN为低时，PWM1 3D脚输出低电平相当于接地，此时VREF经过串联电阻R4与MCU PWM1 3D脚内的N MOS管到地，此时电阻R7上无压降，LED恒流模块中的运放同相输入端在R7上获取不到电压，LED恒流模块关闭LED，从而实现2D下的调光控制。
在3D时，2D-3D IN信号为高电平，MCU做出判断采用高电平与低电平两种状态输出。依据外部PWMIN信号的状态，当PWMIN为高时，MCU的PWM1 3D脚输出VDD高电平，此时电阻R4串接在两个VDD电平之间，不产生电流，无压降，则VDD经过串联电阻R6、R7到地，由于没有电阻R4的分压，将在R7上产生一个较高的压降，LED恒流模块中的运放同相输入端获取R7上较高的电压作为LED恒流的3D参考电平，LED恒流模块打开LED；当PWMIN为低时，PWM1 3D脚输出低电平相当于接地，此时VREF经过串联电阻R4与MCU的PWM1 3D脚内的N MOS管到地，此时电阻R7上无压降，LED自恒流模块中的运放同相输入端在R3上获取不到电压，恒流模块关闭LED，从而完成3D下的调光控制。
1.4 反馈保护的实现
灯条保护电路是通过检测图5电路R10与R11之间的压差来实现的。当灯条正端或负端对地短路或开路时，此处的分压值为零，MCU通过IO口检测出此处的电压不正常，给出一个错误信号把电源关掉；当灯条正负短路在一起时，此处的电压过高，MCU同样能检测出错误信号关掉电源。MCU用作反馈电路也是对R10、R11间的电压进行检测，然后对各路检测结果进行比较得出最小的一路，让这个最小的与设定值进行比较，如果小于设定值则说明Boost电路输出的电路电压过低，那么就调低图4中MCU FBOUT脚的占空比（MCU是个数字脚），这样通过图4 C1的缓冲作用得出一个电压比较小的值，从而Boost提高输出电压；如果检测到的最小值大于自己设定的值，那么调高MCU占空比，实现实时反馈。
2 实验结果
实验样机2D模式下的工作参数：LED电流130mA，调光频率200Hz，占空比85%，由图6可见，电流恒流特征良好。
3D显示模式下背光电流波形如图7所示，实现了电流倍增（390mA）。小占空比大电流的情况下，能实现亮度基本不变的条件下在60Hz场同步下实现SG 3D的扫描。
3 结 论
本文设计了一种新型SG 3D侧导光LED背光源驱动电路，实现了2D显示模式下PWM调光及3D显示模式下扫描方式调光。该系统采用Boost和MCU调光相结合的方式，由于MCU直接对LED进行调光，省掉了专用调光芯片，且由于MCU具有可编程的特点，可以用来作保护电路及反馈电路，简化了原来的电路，后续维护上只需对程序升级就可实现，不需要重新布PCB。该设计对PIC微控制器在液晶电视LED背光驱动上的应用具有指导性意义。
本文设计了一种新型SG 3D侧导光LED背光源驱动电路，实现了2D显示模式下PWM调光及3D显示模式下扫描方式调光。该系统采用Boost和MCU调光相结合的方式，由于MCU直接对LED进行调光，省掉了专用调光芯片，且由于MCU具有可编程的特点，可以用来作保护电路及反馈电路，简化了原来的电路，后续维护上只需对程序升级就可实现，不需要重新布PCB。该设计对PIC微控制器在液晶电视LED背光驱动上的应用具有指导性意义。
参考文献
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[2] Jasio Di 著，姜宁康，朱安定 译. PIC微控制器技术及应用[M]. 北京：电子工业出版社，2009.
[3] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
led驱动电路范文5
现在的问题是:LED路灯必然具有长寿命吗?的确,在我国近年来大量的半导体照明工程实践中,存在不少LED路灯“短命”的现象。譬如,用了不到3个月,路灯就不亮了;有些工程用了仅1个月,路灯就出现故障;极端点的个别案例中,在验收时就有路灯不亮!上述种种“短命”现象,既给工程承包商和路灯厂商造成经济损失、商誉损失,也打击了消费者的信心,同时政府主管部门推广LED路灯亦承受了较大的压力。
面对上述消极情况,大家越来越关注这样一个命题:如何将LED理论上的较长寿命转化成为现实使用中的长寿命?一个简明的逻辑是,如果一盏LED路灯在很长时间内不出现问题就可视为具有长寿命。换言之,探讨LED路灯可能出现问题的主要因素并加以解决,具有很强的现实意义,对广大路灯厂商而言尤其如此。
依据大量的实证调查数据,LED路灯出现质量问题的因素较多,有材料问题;有制造问题;有电网电压问题,有使用环境问题等等,但最主要的因素是:LED驱动电源的质量问题!70%的故障路灯均由此因素导致。
那么,决定LED驱动电源质量好坏(寿命长短)的因素又是什么呢?可归纳为驱动电源所使用的电容器件及电源内部温度,可用“电容温度”来表达。
电容温度=电容温升+电源温升+灯具温升+环境温升。具体分析如下:
电容温升:取决于电路设计和电容品质,通常大于5度;
电源温升:取决于散热设计及效率,通常大于30度;
灯具温升:取决于散热设计及空间大小,通常大于20度;
环境温升:视应用地域气候而定,在中国,一般为-35度至+40度。
世界著名电容品牌的电容温度区间通常为-40度至+105度,但在不同的温度区间下,电容寿命保证值是不同的,假定设计时电容纹波电流负载值最大使用到85%,则:
电容温度为65度时的寿命能保证5-8万小时;
电容温度为75度时的寿命只能保证约4万小时;
电容温度为85度时的寿命只能保证约2万小时;
电容温度为95度时的寿命只能保证约1万小时;
电容温度为100度以上时的寿命只能保证约4000小时。
依上所述,控制电容温度至关重要。除了环境温升属于客观自然因素外,谁在电容温升、电源温升方面控制得好,并且在灯具温升控制方面与灯具厂商联动较好,谁就在LED驱动电源领域立于不败。
茂硕电源出品的LED智能驱动电源系列产品长期雄霸市场份额龙头地位,自然有其独到的品质保障手段,简述如下:
――采用世界顶级品牌电子元器件。茂硕电源采购的电子元器件100%是世界一流品牌,尤其是电容,采用的是日本原装品牌,寿命保证1万小时以上。
――一流研发团队的军工专利设计。茂硕LED智能驱动电源效率高,损耗小,电源内部温升仅为30-50度,工作寿命长达5万小时以上。
由于LED照明目前还未大规模普及应用,尚处于试点工程阶段,对LED驱动电源的需求批量相对较小,并且尚无统一的国家标准,许多电源厂家的设计质量低下,从源头上就注定了其出品电源的“短命”,即使在应用条件良好的环境中,一般电源厂家的电源寿命亦达不到1万小时;如果在夏天40度环境温度下,有许多厂家的电源寿命超不过4000小时。
--作为LED智能驱动电源解决方案的提供商,能在事前为灯具厂商提供最佳的驱动解决方案,帮助灯具厂家攻克电源与灯具配套的难题,进而保障了灯具的质量。
目前的现实是,许多灯具厂家一般在完成LED基板及结构设计后,才去考虑电源的问题,忽略了电源冲击对芯片的影响,为灯具的光衰减留下隐患。而对于许多中小电源厂商而言,它们不可能有实力为每批数量不大的灯具专门开发不同的电源。这就造成了灯具厂商找不到技术指标和尺寸大小均合适的电源的普遍现象。茂硕电源长期致力于和广大灯具客户的互动,针对客户的不同要求,提供切合实际的应用方案,进而保障了灯具品质,赢得广大灯具客户的信赖。
关于深圳茂硕电源
深圳茂硕电源科技股份有限公司位于美丽的中国深圳西丽湖畔――中国深圳市南山区西丽镇茂硕科技园。公司经过十多年的快速发展,已成为集产品研发、制造、销售及服务于一体的电源高新技术企业。
led驱动电路范文6
（①海南大学应用科技学院，儋州 571730；②赛迪顾问股份有限公司，北京 100048）
摘要： 提出了一种基于PWM（脉冲宽度调制）控制芯片的小功率LED驱动电源的原理框架。采用FAN7554芯片作为主控制器，设计了一款输出功率达30W的反激式LED驱动电源，其输出电压为33V，输出电流为0.9A，可为30只功率为1W的LED管采用10串3并混联方式组成的LED阵列提供驱动电源，并分析所设计LED驱动电源的基本原理。该LED驱动电源经过一系列的电气测试，并在实际运行中得到比较满意的结果，具有进入小功率LED照明市场的能力，且对设计高性能、低成本的小功率LED驱动电源具有一定的指导意义。
关键词 ： 脉冲宽度调制；FAN7554；反激式；LED驱动电源
中图分类号：TN6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0104-03
基金项目：海南大学应用科技学院（儋州校区）校基金资助项目（Hyk-1515）。
作者简介：高家宝（1987-），男，海南乐东人，硕士，助教，研究方向为开关电源电路模型研究及其应用。
0 引言
LED作为新型绿色环保光源，具有亮度高，发光效率高，寿命长以及工作电压低等特点，具有广阔的应用前景，但是LED照明中的驱动电路部分却是目前制约其发展的一个重要瓶颈之一[1-3]。为了LED管稳定的发光，需要设计出LED恒流恒压驱动电源。本设计利用FAIRCHILD公司的FAN7554作为PWM控制器，设计了一款输出电压范围为33V~37V，输出电流0.9A的30W LED驱动电源。通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和制作，成功地实现了反激式LED驱动电路，该驱动电源具有结构简单、成本低廉、节能高效和稳定可靠等特点。
1 LED驱动电源的组成
本文设计的LED恒流驱动电路的工作原理框图如图1所示。它主要由输如EMI滤波电路、PWM控制电路、反激变换电路、光耦反馈电路、电流环恒流控制电路、保护电路等组成。交流电输入经EMI滤波电路及整流滤波电路后，由光耦的反馈信号调整PWM控制电路输出的脉冲信号宽度，从而对滤波之后的输入信号大小进行控制调节，再通过反激式变换电路进行电压变换。以电流型PWM控制芯片FAN7554为控制器件组成的恒流恒压控制电路，将电流取样信息和电压采样信息分别经电流比较器处理后由光耦反馈至变换级驱动端，实现电流电压控制调节，最终提供稳定电流和稳定电压，驱动LED负载。在保护电路方面主要有浪涌保护、欠压保护、过压保护和高频MOS管保护等。
2 LED驱动电源电路设计及原理分析
2.1 核心元件概述
FAIRCHILD公司提供的FAN7554芯片集成了一个固定频率的电流模式控制器。图2为FAN7554芯片的内部结构，该芯片具备软启动、通断控制、过载保护、过压保护、过流保护和欠压锁定等功能，这为外围电路简单、成本低廉的LED驱动电源电路设计方案提供了所需要的一切。芯片没有集成高频MOS管，在设计时需要与独立高频MOS管组成实现PWM控制电路，这极大方便了设计者进行调试与维修，这主要是因为设计者一般会对LED驱动电源中的高频MOS管的PWM信号进行观察和测试，且LED驱动电源工作时高频MOS管损坏的概率较大。
图3为LM358双运算放大器的引脚功能图，其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。LM358的主要特性有：直流电压增益高达100dB；单位增益频带宽约1MHz；单电源电压范围宽为3~30V。这些特性决定了LM358适合于LED驱动电源的误差放大电路的设计。
2.2 基于FAN7554芯片的30W LED驱动电源电路设计
根据LED驱动电路的原理框图，设计了如图4所示的基于FAN7554芯片的30W LED恒流恒压驱动电源的电路原理图，该驱动电源LED负载采用30只功率为1W的LED管进行10串3并混联方式组成的LED阵列，组内所有的LED管电压额定值为33V、电流额定值为0.9A，光功率约为30W，设计要求LED驱动电源效率大于80%，则电源输入功率约为37.5W。考虑到小功率LED驱动电源对功率因数不做要求，在低成本设计的前提下本设计没有采用无源功率因数校正电路。
2.3 基于FAN7554芯片的30W LED驱动电源电路原理分析
①LED驱动电路的电源。
LED驱动电源的供电电源是220V/50Hz交流电。
②浪涌保护电路。
采用保险丝F1、负温度系数的热敏电阻RY1、RY2、电阻R21、R22和电容C16设计浪涌保护电路。当满载开机时，C6电压不能突变，相当于短路，导致输入电压很大。而热敏电阻在冷态时电阻很大，可起到限制输入浪涌电流的作用。在电源接入端加入防止浪涌保护电路，主要是用来防止由于雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压，造成LED驱动电路核心器件的损坏。
③EMI滤噪电路。
采用电感L3、电容C13、C7和C8设计EMI滤噪电路，主要是为了滤除共模和差模噪声，并提供放电回路。
④整流电路。
采用DB107设计桥式整流电路，将双相输入交流电转换成单相交流电。
⑤前端电感电容复式滤波电路。
采用电容C6、C3和电感L1设计电感电容复式滤波电路，不仅起到过滤噪声的作用，同时还起到将单相交流电转换成纹波较小的直流信号的作用。
⑥过压保护和欠压保护电路。
FAN7554芯片的电源主要来源于由变压器T1的6号管脚和1号管脚组成的次级线圈，在芯片电源管脚与模拟地之间反向接入稳压二极管D9，起到过压保护作用，从而保证芯片的电源电压不高于18V。当次级线圈供电不足时，由R2电阻和R5电阻组成的欠压保护电路，芯片电源直接由整流后的直流电源提供电源，实现了欠压保护功能，从而保证芯片的电源电压不低于18V。
⑦高频MOS管保护电路。
采用电阻R3、电容C2和二极管D6设计高频MOS管保护电路。当高频MOS管截止时，如果不是高频MOS管保护电路为电感所存储的电磁场能量提供泄放回路，那么电感所存储的电磁场能量将直接注入高频MOS管，从而在MOS管上产生过大的电压应力，甚至损坏MOS管[4，5]。
⑧LED负载电源电路。
在变压器T1和MOS管完美配合工作下，实现了将输入电能量耦合至LED负载端和恒压恒流电路两部分电路中。LED负载的电能量由变压器T1的12号管脚和9号管脚组成的次级线圈提供，为了防止负载的电流回流至次级线圈，在次级线圈的12号管脚和LED负载之间正向并联接入二极管D2和二极管D4。可是为了防止加在D2和D4并联电路两端的电压过大而损坏它们，因此在D2和D4的并联电路两端并联上由R1和C1组成的串联电路；LED负载端的电感电容复式滤波电路由电容C4、C5、电阻R4和电感L2组成，不仅起到滤除噪声的作用，而且还起到了将单相交流电转换为纹波较小的直流电的作用。
⑨反馈控制电路。
为了实现稳定的LED驱动电源，加入了电压采样和电流采样电路，通过LM358双运放将所采样的电压值、电流值与相应的基准电压值、基准电流值相比较后转换为误差量，该误差量通过光耦器件PC817反馈至FAN7554芯片的反馈管脚达到调整高频MOS管脉冲宽度的目的，从而实现对LED负载的输出电压、电流调节[6，7]。
3 总结
本文提出了一种基于PWM控制芯片的小功率LED恒流恒压驱动电源的电路架构，并利用FAIRCHILD公司的PWM芯片FAN7554作为主控制器，设计了一款功率达30W的反激式LED驱动电源，其输出电压为33V，输出电流为0.9A，可为30只功率为1W的LED管采用10串3并混联方式组成的LED阵列提供驱动电源。通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和测试，通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和测试，结果表明其恒流效果好，输出电压纹波低，成功实现了该反激式LED驱动电源，这对设计高性能、低成本的小功率LED驱动电源具有一定的指导意义。
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[4]刘松，张龙，王飞，等.开关电源中功率MOSFET管损坏模式及分析[J].电子技术应用，2013，39（3）：64-66.
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